姜黃素類化合物的生物學(xué)特性及其在家禽生產(chǎn)中的應(yīng)用

張富群 樊祥宇 周 婷 黃泰來 張羽辰 曹滿湖

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院，湖南長沙410128）

姜黃素類化合物（Curcumin）是由傳統(tǒng)中藥提取出來的一種具有生物活性的多酚類物質(zhì)[1-2]。經(jīng)常使用的姜黃素類復(fù)合物成分包含75%～80%姜黃素、15%～20%去甲氧基姜黃素和3%～5%雙去甲氧基姜黃素，其中去甲氧基姜黃素和雙去甲氧基姜黃素是姜黃素的衍生物，三者結(jié)構(gòu)相近且具有很多相同的化學(xué)性質(zhì)[3-4]，姜黃素類化合物分子結(jié)構(gòu)見圖1所示。姜黃素類化合物是一種能在非極性溶劑中溶解，廣泛應(yīng)用的天然染色劑；化學(xué)結(jié)構(gòu)的特異性是其表現(xiàn)出的多種生物活性的重要原因[5-6]。研究表明，姜黃素類化合物具有抗炎、抑菌、抗氧化、調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝、保護肝臟、改善家禽肉品質(zhì)等功能，并且具有價格低廉、毒性低、易獲取等特點[7]。姜黃素難溶于水，在光照下會發(fā)生降解，易代謝，生物學(xué)利用率低，去甲氧基姜黃素和雙去甲氧基姜黃素在穩(wěn)定性和生物學(xué)利用率方面要優(yōu)于姜黃素，具有良好的應(yīng)用前景[8]。本文將從姜黃素、去甲氧基姜黃素、雙去甲氧基姜黃素的吸收利用、生物學(xué)特性、作用機理以及在家禽生產(chǎn)中的應(yīng)用效果等方面進行概述，為姜黃素類化合物在家禽生產(chǎn)中的應(yīng)用和研究提供理論依據(jù)。

1 姜黃素類化合物的吸收利用

姜黃素吸收速度快，代謝也快，去甲氧基姜黃素和雙去甲氧基姜黃素則吸收平緩，在體內(nèi)滯留時間更長，生物利用度也高。有研究表明，姜黃素在腸道中的吸收速率均為十二指腸＞回腸＞空腸＞結(jié)腸[9-10]。姜黃素在機體吸收之后，能夠迅速地分布到血漿和組織中，并且能夠通過血腦屏障；姜黃素在血漿中的濃度遠遠大于肝臟、腎臟和腦組織中的姜黃素濃度[11-12]。肝臟和腎臟可能是其代謝和排泄場所，而姜黃素在肝臟中2 h達到最大濃度[13]，8 h后各臟器姜黃素濃度逐漸降低[14]。同時，目前也存在納米和包被類型的姜黃素類化合物，不改變吸收速率的同時，增加了藥物在腸道內(nèi)的滯留時間，提高了血藥濃度和生物利用度；此外，也可以通過結(jié)構(gòu)修飾和劑型改造來增加水溶性，提高姜黃素類化合物的吸收速率和生物學(xué)利用率。

2 姜黃素類化合物的生物學(xué)功能

2.1 抗氧化作用

家禽在養(yǎng)殖生產(chǎn)中常因環(huán)境溫度過高、光線強烈、霉菌毒素中毒等因素刺激而發(fā)生應(yīng)激反應(yīng)，機體氧化還原穩(wěn)態(tài)被破壞，大量的自由基不能得到及時的清除，進而嚴(yán)重威脅著家禽機體健康和生產(chǎn)性能水平。研究表明，姜黃素類化合物可通過抑制氧化應(yīng)激產(chǎn)生的活性氧來實現(xiàn)其抗氧化作用，同時，姜黃素類化合物對于抑制脂質(zhì)過氧化水平也有顯著效果，可以保護脂質(zhì)和血紅蛋白免受自由基損傷[15]。這可能與姜黃素類化合物含有鄰甲基化的酚羥基、不飽和雙鍵和酮基的分子結(jié)構(gòu)有關(guān)，這樣的結(jié)構(gòu)讓姜黃素化合物更容易為自由基提供電子，使自由基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，同時姜黃素化合物也形成更佳穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，發(fā)揮抗氧化性。有研究報道，姜黃素化合物清除自由基能力甚至與維生素C 和維生素E 相當(dāng)。Huang 等[16]研究表明，即使添加低劑量的姜黃素也能夠減緩Cu2+誘導(dǎo)的原代大鼠皮層神經(jīng)元的神經(jīng)損傷，進一步發(fā)現(xiàn)姜黃素可通過調(diào)節(jié)機體抗氧化酶的活性來提高機體抗氧化水平。Salah等[17]研究報道，在熱應(yīng)激條件下的肉雞日糧中添加不同濃度的姜黃素，能顯著降低胸部肌肉丙二醛（MDA）的濃度，這可能與姜黃素對于機體超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化氫酶（CAT）酶活性提高有關(guān)。也有研究表明，姜黃素對于線粒體功能的改善，可能是其提高機體抗氧化水平的重要因素[18]?？傮w來說，三種姜黃素的生理功能相似，抗氧化能力仍存在差異。與姜黃素相比，雙去甲氧基姜黃素對細(xì)胞損傷的保護效應(yīng)更加敏感[19]，并在緩解脂質(zhì)過氧化反應(yīng)中，去甲氧基、雙去甲氧基姜黃素的抗氧化活性較姜黃素相比更強[20]。

2.2 抑菌作用

隨著研究的不斷深入，姜黃素類化合物可以通過多種機制抑制細(xì)菌生長，良好的抑菌效果不斷被發(fā)現(xiàn)。姜黃素具有廣譜的抗菌活性，能增強機體對致病菌的清除能力，阻礙致病菌生物膜的合成途徑；能有效地抑制大部分革蘭氏陽性菌以及大部分革蘭氏陰性菌的生長[21-22]。姜黃素通過增強細(xì)菌細(xì)胞膜的滲透性，使藥物更容易滲透穿過細(xì)菌細(xì)胞膜，進入細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)，發(fā)揮藥理作用，達到殺滅細(xì)菌的作用[23]。姜黃素對青霉素耐藥菌株也具有較強的抗菌性能，能有效地抑制肺炎鏈球菌青霉素抵抗株，其主要是通過抑制肺炎鏈球菌青霉素抵抗株蛋白合成，破壞細(xì)菌細(xì)胞壁的完整性以及包膜的選擇性和滲透性，最終殺滅細(xì)菌[24]。在評估姜黃素對金黃色葡萄球菌的抗菌活性中研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素能夠?qū)е录?xì)菌細(xì)胞膜缺失，細(xì)胞破裂，最終導(dǎo)致細(xì)菌死亡[25]。

另一方面，姜黃素也能誘導(dǎo)細(xì)菌內(nèi)凋亡蛋白表達，達到殺滅細(xì)菌的效果。同時，早期研究指出，在細(xì)菌凋亡調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，存在一類由RecA-LexA基因介導(dǎo)的對DNA 損傷的整體反應(yīng)，導(dǎo)致細(xì)胞周期阻滯、DNA 修復(fù)受損和突變。而大腸桿菌通過RecALexA 基因介導(dǎo)的途徑對DNA 損傷作出反應(yīng)，導(dǎo)致程序性細(xì)胞死亡[26]。姜黃素可以上調(diào)大腸桿菌凋亡蛋白RecA蛋白的表達，進而導(dǎo)致ROS積聚、膜去極化和Ca2+內(nèi)流及DNA 片段化等凋亡反應(yīng)[27]，最終啟動細(xì)菌凋亡過程。而這一現(xiàn)象在大腸埃希菌中有同樣表現(xiàn)[28]，更高的姜黃素濃度更容易誘導(dǎo)膜損傷。

2.3 抗炎作用

姜黃素類化合物中，姜黃素的抗炎作用研究較為深入，但去甲氧基姜黃素和雙去甲氧基姜黃素的抗炎作用少有報道。腫瘤壞死因子（TNF）介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在炎癥反應(yīng)中扮演著重要的角色[29]。而研究表明，姜黃素能降低促炎細(xì)胞因子（TNF-α）在不同類型細(xì)胞中的表達，抑制相關(guān)炎性信號通路[30]。姜黃素下調(diào)靶向蛋白（如TNF-α、一氧化氮合酶（iNOS）、MMPs 等）的活性，抑制炎癥起始階段NF-κB 的激活及轉(zhuǎn)錄活性，從而減輕炎癥反應(yīng)[21]。姜黃素衍生物（BHMC）能抑制iNOS基因表達來抑制一氧化氮（NO）的合成，且此效應(yīng)具有濃度依賴性[31]。姜黃素及其衍生物能夠抑制IL-1β、白細(xì)胞介素-6（IL-6）、白細(xì)胞介素-8（IL-8）、TNF-α、單核細(xì)胞趨化因子-1（MCP-1）、巨噬細(xì)胞炎性蛋白-1α（MIP-1α）等炎癥因子的表達量[32]。此外，姜黃素對多種病原體引起的炎癥性疾病有很好的治療作用。Sintara 等[33]研究表明，姜黃素能避免幽門螺桿菌對小鼠胃腸道黏膜損害，其機制是通過下調(diào)NF-κB、P65、Toll樣受體及髓樣分化因子88的表達，進而抑制其下游促炎因子的表達，從而達到抑制炎癥反應(yīng)的效果。Xu等[34]研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素在金黃色葡萄球菌感染小鼠造成急性肺損傷模型試驗中被發(fā)現(xiàn)具有減少中性粒細(xì)胞的滲透及Ⅰ型纖溶酶原激活物抑制因子活性的效應(yīng)，同時還可以降低炎癥因子和趨化因子的分泌水平，從細(xì)胞和體液免疫的角度來調(diào)節(jié)機體炎性反應(yīng)。

2.4 調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝

固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白（SREBP-1c）、過氧化物酶體增殖物激活型受體?γ（PPAR?γ）、肝X 受體?α（LXR?α）等調(diào)節(jié)蛋白調(diào)節(jié)著肝臟脂肪的生成[35]。研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素極顯著上調(diào)了脂肪酸合成酶（FAS）和SREBP-1c 基因的mRNA 和蛋白的表達，顯著下調(diào)了甘油三酯脂肪酶（ATGL）基因及蛋白的表達[36]。這說明，姜黃素可能參與調(diào)節(jié)固醇和脂肪酸合成的過程。同時也有研究表明，姜黃素通過AMPK調(diào)節(jié)肝臟脂質(zhì)代謝，減輕高脂/高膽固醇飲食誘導(dǎo)的肥胖小鼠誘導(dǎo)的肝臟脂肪變性活化，防止肝臟脂肪病變[37]。另一組試驗中顯示添加姜黃素治療與未接受姜黃素治療的高脂日糧大鼠相比，姜黃素顯著降低了大鼠內(nèi)臟脂肪、血清膽固醇、甘油三酯和低密度脂蛋白水平[38]。其機制可能通過姜黃素下調(diào)甾醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白、脂肪酸合成酶和乙酰輔酶A 羧化酶等脂肪合成相關(guān)基因表達，最終達到降脂的效果。Pan 等[39]在肥胖小鼠模型中得出了相似結(jié)論。此外，姜黃素能夠通過上調(diào)核因子E2 相關(guān)因子2（Nrf2）的活性，進而影響脂肪積累、改善胰島素抵抗的作用，減輕非酒精性脂肪性肝炎的肝臟損傷程度，其具體機制有待進一步探究[40]。

3 姜黃素類化合物的在家禽生產(chǎn)中的應(yīng)用

姜黃素能提高家禽生產(chǎn)性能。研究表明，添加200 mg/kg 的姜黃素，可使肉雞全期增重提高4.48%，料重比降低7.39%[41-42]。在肉雞日糧中以200 mg/kg添加姜黃素可以提高整體生長性能，這可能與小腸各節(jié)段絨毛高度的增加有關(guān)[43]。類似地，在肉雞日糧中添加0.5%或1%水平的姜黃可改善肉雞生長性能，使體重增加并改善飼料轉(zhuǎn)化效率[44-46]。但也有研究報告，在肉雞飼料中添加姜黃對肉雞生長性能沒有產(chǎn)生任何有益的影響[47]。

姜黃素及姜黃能有效減緩霉菌毒素對家禽健康的危害，減少霉菌毒素給家禽生產(chǎn)帶來的損失。喂食含0.5%姜黃的飼料后，接觸黃曲霉毒素的雛雞體重增加有所改善[48]。在最近的一項研究中提出，飲食中添加姜黃素可以顯著改善生長中暴露于玉米赭曲霉毒素A 的雛鴨體增重、攝食量和平均日增重[18]。此外，Rajput等[43]的研究指出，姜黃素的添加可以在不影響肉雞的采食量的條件下提高生產(chǎn)性能。這可能由于姜黃素類化合物具有治療腸道細(xì)菌疾病的效果。Wientarsih 等[49]研究表明，在飼料中添加1.5%姜黃粉和180 mg/kg鋅可以顯著緩解雞大腸桿菌疾病帶來的生產(chǎn)性能降低。

肉色被認(rèn)為是消費者在評估市場上肉類品質(zhì)時最重要的因素。姜黃素染色色澤鮮艷，分散性好，尤其是蛋白質(zhì)的強著色[50]。姜黃素可以通過改善肉色和保鮮度來改善肉品質(zhì)[51-52]，還可以提高肌肉營養(yǎng)價值的功能[53]。肉類中的脂質(zhì)和色素氧化是密切相關(guān)的，補充抗氧化劑可以增加肉類顏色的穩(wěn)定性。姜黃素改善肉品質(zhì)與姜黃素的強抗氧化性有關(guān)，家禽肌肉中的肌紅蛋白主要調(diào)節(jié)肌肉肉色，氧化后可能導(dǎo)致肌肉變色[54]。姜黃素能防止肌紅蛋白的過度氧化，保護鮮肉中肌肉細(xì)胞避免過快的氧化，較長時間的維持肌肉鮮度。

去甲氧基姜黃素和雙去甲氧基姜黃素在家禽的應(yīng)用因其天然成分含量較少，成本較高，故少有研究。但隨著對姜黃素類化合物的研究深入，逐漸解決姜黃素生物學(xué)利用較低，體內(nèi)作用時間短等問題，去甲氧基姜黃素、雙去甲氧基姜黃素及其他姜黃素類衍生物在動物體內(nèi)的作用效果，將成為一個研究方向。

4 小結(jié)與展望

姜黃素類化合物是一類具有生物活性的多酚類物質(zhì)，合理利用好此類資源，不但可以開發(fā)新型非常規(guī)飼料添加劑資源，且為畜禽養(yǎng)殖行業(yè)面臨的抗生素替代、健康養(yǎng)殖問題提供了解決措施?；谀壳把芯楷F(xiàn)狀，如何提高姜黃素的吸收利用仍是下一步的研究重點和方向，同時，姜黃素類化合物對家禽抗應(yīng)激、緩解霉菌毒素的危害等作用機理有待深入研究。